JP2009274135A - 軽合金製鍛造ホイールとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鍛造製ホイールのプレス圧力を軽減し鍛錬比を向上させること。
【解決手段】軽合金製の鍛造用ビレット若しくは予め鍛造して所定の形状に成形したビレットを原材料として用いてプレス機に設置した少なくとも一対の金型で押圧し、熱間鍛造により車両用ホイールのディスク部を一体成形する工程に於いて、ハブ部とデザイン模様を構成するスポーク部を含むディスク部、又はこれらにリム予備部材部を加えて鍛造成形し、前記スポーク部を構成する原材料の少なくとも８０％が鍛錬比４以上で鍛造することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、軽合金製鍛造用ビレットを原材料に用いた軽合金製鍛造ホイールに係り、詳しくは大型のプレス機を用いて車両用ホイールを一体的に鍛造する際の金属組織粒径の微細化に関する。

自動車の軽量化及び外観・意匠性の向上を目的として、アルミホイールに代表される軽合金製ホイールを装着する比率が増大している。軽合金製ホイールの製造法は鋳造法及び鍛造法に大別されるが、一般的に鍛造の意味するところは金属を一定の温度に熱し圧力を加えて成形する作業をいう。鋳造品に比べて金属組織が均等で粘り強さが大きいとされている。鍛造機はハンマを打ち付ける方式と水圧／油圧などによるプレス方式があり金属を延展するが、製品が複雑な形状の場合は金型を用いて所定の形状に成形する型鍛造法が用いられる。プレスする方向は鉛直方向或いは水平方向など適宜設定されるが、金型を回転させながら金属を延展する回転鍛造も利用されている。いずれの場合においても金型に沿って所定の形状に鍛造する場合は延展するときの抵抗の少ない金型を適宜設定する必要があり、本願発明を利用することが出来る。本願発明は熱間鍛造（閉塞鍛造）と据込み鍛造を用いてホイールを製造するものであり、ビレットと称される軽合金から成る鋳造塊を前方押出法により鍛造成形している。鍛造方法は上記方法に限定されないが緻密な金属組織が得られ鍛流線を乱さない方法であれば用いることができる。押出方向は一般的に鉛直方向であるため、プレス機に少なくとも一対の金型を備えこれら金型の間に前記ビレットをセットし片方の金型を押圧することで鍛造成形を行っている。少なくとも一対と記載した理由は金型が分割されて構成される場合を想定しているためである。但し押出方向は鉛直方向に限定されず水平方向に推力をかける装置もあり、金型に上下の区別が設定できないがディスクのデザイン模様を形成する側の金型は表面積が大きくなり、鍛造の際の所要プレス圧に影響を及ぼすから本願発明では主にデザイン模様を形成する側の金型の形状について述べることとした。

ホイールは略円筒でありディスク部とリム部から成り、その直径は近年では１９インチ以上におよび原材料であるビレットの直径より遙かに大きい。またディスク部は意匠性が求められスポーク形状が好まれることもあって単なる円盤状にはならず、厚い部分と薄い部分が混在するため均一な鍛造を行う上で金型の設計は特に重要になっている。鍛造を行うとき特に重視されるべきことは鍛錬比であり、鍛錬比が４以上になれば鋳造組織の残存が見られず、鍛流線を形成した鍛造組織となる。近年の軽合金製ホイールの傾向として大口径化が目立っている。これは径の小さいホイールでは、鉄製ホイールと比較して重量差が少ないが、径が大きくなることに比例して軽量化の効果が現れ車両に装着した際の燃費及び操縦性の向上等の機能を発揮するからである。しかしながらホイールの大口径化は鍛造成形時の鍛造圧力増大を招き省エネ対策が求められている。

鍛錬比は、鍛錬比＝（材料の初めの高さ）÷（鍛造後の高さ）で表される。図９にアルミニウム鋳鍛造技術便覧（軽金属協会編）から抜粋した鍛錬成形比と引張強さの関係をグラフで示す。一般的に言えば、鍛錬比を大きくするほど鍛錬効果は向上し、均質で機械的性質や健全性に優れた製品が得られる。鍛錬比（鍛錬成形比）と機械的性質の関係をみると、鍛錬比４ないし５迄は鍛錬比と共に機械的性質が向上している。

ホイールのディスク部にデザイン模様を鍛造成形する場合、スポーク状の模様はリブとウエブとして成形されるのが一般的な方法である。リブとウエブにより形成することについてその定義をＪＩＳ．Ｂ．０１１２を参照して説明する。図１０に示すようにウエブ１００から突出するリブ１０１の頂部１０１ａの厚みをＢとしウエブの厚みをＴとしている。また、隅丸み半径部をＳと表示した。好ましい関係はＢ＜Ｔであるが、Ｂ＞Ｔの場合は肉ひけＦが生じ易いとされている。本発明に於いてはビレットを閉塞鍛造してデザイン模様をリブで形成するが、リブをスポークとするとウエブは孔になりこの部分は削除されなければならない。原材料の使用量を少なくするためにはウエブの厚みＴをできるだけ薄くする必要がある。また、ホイール鍛造過程では完成したホイール形状は存在しないので原材料のビレットが押圧成形される過程ではこれをワークと呼称した。

本出願人は軽合金製鍛造ホイールの製造を専業としておりプレス機の金型には経験が豊富であるが、ホイールの呼び径が大きくなると必然的に圧力の大きいプレス機を導入してきた。しかしながら消費するエネルギーも増大し省エネが求められる時代に１万トンを越える圧力を用いてホイールを製造するには問題も多い。従来の鍛造ホイールは呼び径１９インチで８０００トン級のプレス機を必要としており、第一次鍛造後のホイール前躯体であるワーク１０の形状を図１２に示した。同（ｂ）図はディスク部１２の平面図である。ディスク部のデザインは種々あるがスポーク型が多用されており、大略Ｘ字型或いはＹ字型、複数本のスポークを放射状に配置したものなどがありスポークの間は孔が形成されるのが一般的である。スポークはリブ１３として成形されリブを繋ぐ部分はウエブ１４である。同（ａ）図はディスク中心線を通る断面図である。従来のホイールはオフセット寸法を需要に合わせてハブ１５の厚みを切削により修正しているためかなりの厚みに製造されていた。孔が形成される理由の一つにブレーキを冷却するための通気口に用いる例がある。ディッシュ型はディスクのほぼ全面が円盤状であるため通気口が必要となり孔をデザイン的に配置している。本願発明はこれらのホイール製造にも適用されるものである。

従来の製造方法で問題視された部分はリブがディスク周辺部でリム予備部材１６と交差する部分の鍛造欠陥である。この部分で原材料を移動させることは原材料にシェアがかかり亀裂が生じやすい。そのため予め原材料をこの部分に準備しておく必要があり、図１２（ｂ）図に示すリブ端部１３ａには球面で盛り上がった部分を連設している。第一次鍛造は閉塞鍛造であり円柱状ビレットを押圧して原材料を金型全体に行き渡らせるためには余剰の圧力が必要になっている。リブ１３は第三次仕上げ鍛造のリブに比べるとその断面形状は幅の広い緩やかな曲面で形成されるがスポーク状のデザイン模様をリブ頂部に形成しておらず第二次荒地鍛造で大きな圧力を必要としている。これらの手法で呼び径２２インチのディスクを鍛造成形すると後述するように１万トンを超える圧力が必要になる。分厚いハブは第一次鍛造後のワーク平均高さに影響を与え鍛錬比が問題視される。本発明者等はコンピュータによるシミュレーションを行い効率の良い原材料の流れを検証し鍛錬比の向上と８０００トン級のプレス機で呼び径２２インチのディスクを鍛造成形することに成功した。先行技術として下記の公報が挙げられる。特許文献１及び２は本願出願人が先に取得したホイールの一体鍛造に関する特許公報である。特許文献３は金属組織の結晶粒の粒径について、主としてアルミ合金ホイールの原材料に於ける組成の比率と熱処理の仕様について記載されている。特許文献４はマグネシウム合金の組成制御に関するものであり、加熱温度に着目して金属組織の粒径を微細化しているが、鍛造手段に関する直接的な記載は含まれていない。
特公平０３−００２５７３号公報 特公平０３−００２５７４号公報 特開２００７−２１００１７号公報 特開２００７−３０８７８０号公報

ホイールディスク面に形成されるデザイン模様をリブとして刻設した金型の表面積を低減し、必要鍛造圧力を大幅に低減すると共に鍛錬比の向上を図ることである。

本発明は、シミュレーションを活用して試行錯誤の末、ホイールディスクのデザイン模様を成形する金型の表面積を１７％低減すれば必要鍛造圧力が２３％低減できることを突き止めると共に、押圧時に原材料の流れを出来るだけ均等にすることで鍛錬成形比がワーク全体で一様に達成されるように配慮した。ディスクに形成されるデザイン模様をリブの成形として考察し、鍛造成形段階を第一次鍛造、第二次荒地鍛造、第三次仕上げ鍛造の３段階に分け各鍛造工程に使用するデザイン模様を成形する金型の表面積を低減した。要領を次に示す。

軽合金製の鍛造用ビレットを原材料としてプレス機に設置した一対の金型で押圧し、前記原材料を３７０〜４８０℃に加熱し熱間鍛造により車両用ホイールのディスク部を一体成形する第一次鍛造工程に於いて、ホイールディスクに施されるデザイン模様をリブとして成形するとき、デザイン模様のリブ頂部の厚みＢ部分とリブ間を繋ぐウエブに列なる曲面Ｓを広く設定し、少なくとも前記リブ頂部の全体を形成する。これによりビレットが変形してワークの半径方向へ延展される際の抵抗が少なくなり円滑に材料が流れるため材料の各部の鍛錬比はほぼ一定になる。前記第一次鍛造に於いては、車両用ホイールのディスク部材及びリム部を形成するリム予備部材の各所要容量に前記原材料を分配することを特徴としており、リブとなる部分の断面積はリブが完成されるときの断面積の５０〜６５％に抑制し全体としてはなだらかな凹凸状に成形される。ホイールのような断面形状が複雑な形状においては第一次鍛造後のワークの平均高さを算出し原材料の高さと比較して鍛錬比を求めているが、本願発明では前記デザイン模様を形成するリブ部の原材料の少なくとも８０％が鍛錬比を４以上に設定して金属組織の平均粒径を９μｍ以下に制御した。

上記のようにワークの平均高さを算出して鍛錬比の目安とするので、ワーク全体の全ての部分で鍛錬比が４以上になるとは限らない。前記リム予備部材では外リムの一部を同時に成形するがこの部分は平均高さを高くする部分であり、実質的な鍛錬比は３．５程度である。実際に金属組織の平均粒径を調べると粒径は１０μｍを越える結果となっている。

前記リブ予備部材を同時に鍛造成形しない場合は、ホイールのディスク部のみを鍛造成形する。この場合は鍛造圧が軽減される。第一次鍛造ではハブ部とスポークとなるリブ部及びウエブ部と周縁部の台座を一体鍛造し、続く鍛造工程ではリブを最終形状に鍛造し、ウエブ部を切削して、ディスク部を完成させる。このディスク部は別途成形されたリムと接合され２ピースホイールとなる。接合手段としては摩擦圧接、螺着、リベット締め又はカシメ部材を備えたハックボルトなどが利用できる。リム予備部材を一体に成形せずディスク部分のみを鍛造する場合、平均高さが低くなるから鍛錬比は大きくなる。

続く第二次鍛造は据込み鍛造であり、前記リブの頂部の厚みＢをほぼ変化させずに前記曲面Ｓ及びウエブを押圧して前記リブを高くする様に鍛造し、更に第三次鍛造は仕上げ鍛造であり、前記リブ頂部の厚みＢをほぼ同じにしてリブの高さを所定の高さに成るように前記曲面Ｓ及びウエブを押圧してリブを完成させる。リブ頂部の厚みをほぼ一定にすることで鍛流線の乱れを防止すると共に初期の鍛錬比を維持し、前記曲面Ｓを広くすることでウエブの厚みを確保し肉ひけを回避した。

また第二次、第三次鍛造はデザイン模様を成形する金型をトラバースする構造を採用して、ワークの移動を行わず実質的には工程を簡素化することが出来る。

本発明では、被鍛造面の表面積を低減して一様な鍛錬比を得ることと、プレス圧力及び消費エネルギーの削減を趣旨としており、８０００トン級のプレス圧で呼び径２２インチのディスクを鍛造する手段を述べているが、必ずしも８０００トン級のプレス機に限定しているものではなく、１万トン若しくはそれ以上のプレス機を用いる場合においても消費エネルギーを削減するための手法として利用することができる。即ち、第一次鍛造では原材料をディスク全体に適宜所要量を分配すると同時に上述したリブ断面積比で６５〜７０％の範囲にリブを成形すると共にウエブにつながる曲面Ｓも広く設定してプレス圧力を削減すると共に、ビレットの変形能を高めるため塑状温度に加熱して材料の流れの抵抗を削減し鍛錬比の向上を達成している。更に第二次鍛造では仕上げ鍛造を含めて行い２工程で完了させても良い。全体としては２０％の消費エネルギー削減となる。

本発明の軽合金製ホイールは回転軸に平行な断面形状において、ホイールを車軸に固定する際のボルト孔周辺部を形成するハブ部の高さが、前記第三次仕上げ鍛造を終えたディスク部のハブの高さとデザイン模様のウエブを含むリブの高さがほぼ同じ高さに形成されたことを特徴としており、ディスク部全体に適切な材料配分が行われている。このときの平均高さをビレットの高さと比較すると鍛錬比が４以上になるように配慮した。その結果完成時にスポークとなるリブ部の金属ミクロ組織で粒径が１０〜６μｍの緻密な組織が得られた。平均粒径が９μｍとした理由である。呼び径が２２インチのホイールを鍛造する場合、軽合金製ビレットは直径２９２ｍｍ、高さ１８２．５ｍｍの円柱状であり、第一次鍛造後の平均高さは４３．８ｍｍとなっており、鍛錬比＝１８２．５÷４３．８＝４．１７である。

本発明では、鍛造後のワークの各部に於ける鍛錬比が可及的一様になることを目的としているが、その理由は次のようなものである。一般的にはホイールのような回転体を一体成形するための鍛造用ビレットは円柱状であるが、鍛造用のプレス機に設置される一対の金型に当接する少なくとも片方側の面は前記ビレットが押圧されて半径方向へ延展する際、ハブ部分を成形する原材料は差ほど大きな変位を示さない。そのため金属組成の粒子径は大きくなる傾向にある。この問題を解決するために前記片方側の面形状を凸状若しくは凹状に成形することにより前記ビレットが押圧されたとき凸状或いは凹状部分が先に変形してハブとなるべき部分に原材料の流れを生じさせるように成し、金属組織の粒径を微細化すると共に鍛錬比を一様にする。また原材料であるビレットを所定の鍛錬比で予め鍛造することにより金属組織の粒径を微細化したビレットを用いることでハブ部の粒径を小さくすることが出来る。更に予め鍛造する際にビレットの少なくとも片方側面を凸状若しくは凹状に鍛造成形しても良い。予め行う鍛造の鍛錬比は特に限定するものではないが２近傍が好ましい。

本発明によれば、第一次鍛造における表面積を削減することで８０００トン級のプレス圧で呼び径２２インチ口径のディスク部及びリム部材を成形可能とし、呼び径１８インチのホイールは６０００トン級のプレス圧で可能となる。図１１（ａ）図はインチ別／表面積と所要プレス圧力を従来の方法による実績値で示した表であり、これをグラフに示したのが同（ｂ）図である。従来の鍛造法では８０００トン級のプレス機で呼び径１９インチ未満迄が可能であるが２０インチ以上は不可能である。

本発明は、第一次鍛造工程に於いてデザイン模様を形成するリブの頂部とウエブに続く部分に広い傾斜面を形成して表面積をできるだけ少なくし、原材料の流れの抵抗を少なくしてワーク全体の鍛錬比の向上とプレス圧力を低減する。第二次荒地鍛造及び第三次仕上げ鍛造工程では据込み鍛造によりリブの高さを所定の高さにするがリブ頂部の厚さをほぼ一定に保ち、金属組織の乱れを防止する。

（実施例１）
図１（ｂ）図は、本発明になる呼び径２２インチのディスクを有する第一次鍛造終了後の平面図である。デザイン模様は典型的なクロススポークであるが、最終工程でディスク裏面を研削してウエブ部を除去し孔を形成することでスポークを形成する。なお原材料を鍛造して出来上がる中間製品は未だホイールではないからこれをワークと称し、上述したようにスポークとなる部分はリブであり、孔が形成される部分はウエブと呼称した。

図１（ｂ）図は本発明によるホイール製造の第一次鍛造終了時のワーク１ａを示し、ディスク２ａを示す平面図である。このときのプレス圧力は８０００トン（kgf/cm2）であった。３ａはリブであり４ａはウエブである。中心部はハブ５ａを形成する。ディスク中心部を通る回転軸心に平行な面の断面図を図１（ａ）に示す。６ａはリム予備部材であり、別工程でスピニング加工により所定のリムが形成される。リブ３ａのＡ−Ａ矢視模式断面図を図１（ｃ）図に示す。リブの頂部厚みはＢ１であり、ウエブ４ａはほぼ平坦である。リブ頂部からウエブ４ａに至る部分はなだらかな曲面Ｓ１を形成しディスク面の表面積をできるだけ低減している。リブの高さをＨ１とする。

図１（ｄ）図は鍛錬比の説明図である。図１（ａ）図に示した第一次鍛造後のワーク１ａは、デザイン模様を刻設した金型（図示せず）でビレット２０を押圧した後の断面形状を示している。ビレット２０は直径Ｍで高さＬ１の円柱状である。押圧後のワーク１ａの断面積を算出し、ワークと同じ直径を一辺とする長方形２１を想定し、前記算出した面積と同じ面積に設定したときの前記長方形における他の辺の長さをＬ２とした場合、鍛錬比＝Ｌ１÷Ｌ２で表される。本実施例に於ける鍛錬比は呼び径２２インチのホイールを鍛造する場合、軽合金製ビレットは直径２９２ｍｍ、高さ１８２．５ｍｍの円柱状であり、第一次鍛造後の平均高さＬ２は４３．８ｍｍとなっており、鍛錬比＝１８２．５÷４３．８＝４．１７であった。

図２（ａ）図は、第二次荒地鍛造後のワーク１ｂの断面図である。該荒地鍛造は据込み鍛造でありプレス圧力は８５００トン（kgf/cm2）であった。ウエブ４ｂと曲面Ｓ２を押圧してリブを隆起させている。このときリブ頂部の厚みＢ２は前出のＢ１とほぼ同じ厚みにして鍛流線の乱れを防止している。図２（ｂ）図はＣ−Ｃ矢視模式断面図であり、リブ３ｂの高さＨ２はＨ１より高くなり曲面Ｓ２の曲率半径はＳ１の曲率半径より小さくなっている。ディスク２ｂの表面形状はより平坦になり全体としては円錐面若しくはホーン状に形成されている。ウエブ厚Ｔ２は前記Ｔ１より薄くなりリブ間のウエブはやや凸状になりリブの下部方向へ原材料を移行しやすくしている。

図３（ａ）図は第三次仕上げ鍛造後に於けるワーク１ｃの断面図である。仕上げ鍛造は据込み鍛造であり、図３（ｂ）図にＤ−Ｄ矢視模式断面図を示す。曲面Ｓ３の曲率半径は更に小さくなりリブ３ｃの高さＨ３は完成品ホイールのスポークの所定の高さを達成している。リブ頂部の厚みＢ３は前記Ｂ２とほぼ同じにして鍛流線の乱れを防止している。本実施例ではＢ１＝１２．５ｍｍ、Ｂ２＝１３．４ｍｍ、Ｂ３＝１２．９ｍｍであった。

本実施例では、第三次仕上げ鍛造後のリブ３ｃの断面積（ハッチング部）を１００％とした場合、第一次鍛造時のリブ３ａの断面積を６０％に抑制し、第二次荒地鍛造後のリブ３ｂの断面積を８０％にとどめている。またリブ３ａの高さＨ１＝１４ｍｍ、リブ３ｂの高さＨ２＝３０．１ｍｍ、リブ３ｃの高さＨ３＝３５．５ｍｍであった。そして第一次鍛造の表面形状に於いてリブ３ａの頂部は所定のデザイン模様を形成してディスク全体に所要の原材料を分配したことを大きな特徴にしている。またワーク中心部にハブ５ａ、５ｂ、５ｃを形成しているが、厚さをリブ部分とほぼ同じ厚さにして、原材料であるビレットの体積をディスク全体に一様に押し広げて鍛造時の原材料を押し広げる際の抵抗を少なくしプレス圧力を軽減した。

図１に示したワーク１ａの断面形状におけるリム予備部材６ａと図２に示したワーク１ｂのリム予備部材６ｂはその断面形状が異なっている。これはリブを据込み鍛造してその高さを高くする操作はリブ３ａの曲面Ｓ１を押厚する際にリム予備部材６ａも押し出す作用が生じるからリム予備部材を径方向に約４ｍｍ延ばすようにして、リブ３ｂとリム予備部材６ｂの接続点に於ける鍛造欠陥を生じさせないように応力を分散させたためである。従ってリム部材の外径は約８ｍｍ大きくなる。

図４（ａ）図は、図３（ａ）図で示したリム予備部材６ｂをスピニング加工して外リムフランジ８ａと続けて内リム８ｂを形成し、ウエブ４ｃを切削加工して除去した完成品ホイールのディスク部７の断面形状を示している。リブ３ｆはウエブを有しないスポークとなりディスク部が完成される。符号Ｆで示される範囲はＹ字型のスポークの範囲を示す。（ｂ）図は完成したホイールのディスク部の平面図であり、ウエブが除去された後孔９が形成される。図中Ｒ１は外リムの範囲を示し、Ｒ２は内リムの範囲を示す。

（実施例２）
図５（ｂ）図は、外リム部を含まずに鍛造成形したディスク部３０の平面図である。リム部一体成形の場合と同様なディスク部であるが、外周部に別途成形されたリムを取着する取着座３１を備えている。３２はボルト孔であり、リム３３をボルト３４で固定した２ピースホイール３５の断面図を図５（ａ）図に示す。リムを固定する他の手段は、摩擦圧接、リベット締めなどが利用できる。

（実施例３）
図６（ａ）図は本発明の鍛造工程を終えたリブ部分即ちスポーク部の金属ミクロ組織の顕微鏡写真であり、同（ｂ）図はその拡大写真である。前記組織の平均粒径は６〜１０μｍであり、平均粒径を９μｍとする根拠である。他社のアルミ合金製鍛造ホイールを市中から求め、同様に金属ミクロ組織を調べた結果を図７（ａ）及び（ｂ）図に示す。平均粒径は２０μｍであり金属組織の緻密さに差異が認められる。スポークを形成するリブ部は鍛錬比４が正確に達成される部分であるが、鍛錬比が第一次鍛造後の平均高さを用いて示されるため平均高さより高い部分は鍛錬比が小さくなる。原材料のビレットを押圧しリブ部を延展した後ディスク外周部に流れ込み滞留する部分であるリム予備部材は分厚い円筒状であり高さ方向の材料の加圧は不十分であり、結果として鍛錬比は３．５止まりとなる。実際に外リム部の金属ミクロ組織を調査したところ、図８に示すように前記組織の平均粒径は１１μｍであった。

（実施例４）
鍛造用ビレットの片側面に凸状若しくは凹状部を設けた場合を説明する。図１３（ａ）図は鋳造製円柱状ビレットの片側面に円錐台状の凸状部４０ａを設けた鍛造用ビレット４０を用いた例を示す模式断面図である。前記凸状部は鋳造時に成形するか円柱状ビレットを切削して加工する。４１は下金型でありその断面を示す。上金型は示していないが、鍛造用ビレット４０が矢視方向に押圧されたとき、凸状部４０ａは下金型に当接し矢印Ｐ及びＱの方向に延展すると共に金属組織の微細化を図る。この部分はホイールのハブ部を成形する部分であり、ハブ部の実質的な鍛錬比が向上する。他の実施態様として、同（ｂ）図は凹状部４２ａを設けた鍛造用ビレット４２を示す。該鍛造用ビレットが矢視方向へ押圧されたとき凹状部４２ａの外筒部４２ｂは下金型のリブを成形する部分に当接して矢印Ｕ及びＶの方向へ延展しハブを成形する。延展する際に金属組織の粒径が微細化し実質的な鍛錬比の向上が達成される。円柱状の鋳造ビレットを用いて予め鍛造し、円錐台状の凸状部４０ａ又は凹状部４２ａを鍛造成形しても良い。この場合はハブ部の金属組織の粒径は更に小さくすることが出来る。

本発明の鍛造方法は、第一次鍛造時に原材料が延展する際の抵抗を極力小さくし、プレス圧力を軽減して更に広い面に緩やかな凹凸状のデザイン模様を形成するから大きい径のホイールディスクを一体鍛造で形成できる。そのため第一次鍛造後の平均高さが低くなり鍛錬比の向上と均質な金属組織からなるワークが得られる。呼び径１８インチのアルミ合金製の一体型鍛造ホイールが６０００トン級のプレス機で実施可能であり、小径のホイールにも適用して省エネルギー対策に貢献できる。自動車のホイールは年々大径化しており鉄製のホイールに対して軽合金製鍛造ホイールは重量の軽量化が顕著に表れる。この軽量化はバネ下重量を軽減するものであり、燃費の節約と操縦性能を向上させるものである。一体型の軽合金鍛造製ホイールは機械強度も高く肉厚を薄くできるから、同じ呼び径の軽合金鋳造製ホイールに対しても重量の軽減が顕著になる。

（ａ）図は、本発明の第一次鍛造後に於けるワークの断面図であり、（ｂ）図は同ディスク面の平面図であり、（ｃ）図はＡ−Ａ矢視模式断面図であり、（ｄ）図は鍛錬比の説明図である。（実施例１） （ａ）図は、本発明の第二次荒地鍛造後に於けるワークの断面図であり、（ｂ）図は同ディスク面のＣ−Ｃ矢視模式断面図である。（実施例１） （ａ）図は、本発明の第三次仕上げ鍛造後に於けるワークの断面図であり、（ｂ）図は同ディスク面のＤ−Ｄ矢視模式断面図である。（実施例１） （ａ）図は、本発明になる完成時の一体型ホイールの断面図であり、（ｂ）図は同ホイールのディスク部の平面図である。（実施例１） （ａ）図は、２ピースホイールの断面図であり、（ｂ）図はディスク部の平面図である。（実施例２） （ａ）図は、本発明になるホイールリブ（スポーク部）の金属ミクロ組織の顕微鏡写真であり、同（ｂ）図は拡大写真である。（実施例３） （ａ）図は、他社製ホイールリブ（スポーク部）の金属ミクロ組織の顕微鏡写真であり、同（ｂ）図は拡大写真である。（実施例３） は本発明の外リム部に於ける金属ミクロ組織の顕微鏡写真である。（実施例３） 鍛錬成形比と引張強さの関係を示すグラフである。 鍛造に於けるリブとウエブの説明図である。 （ａ）図はホイール呼び径別のディスク表面積と所要プレス圧を示す表であり、（ｂ）図は該表の数値を基にしたグラフである。 （ａ）図は、従来の第一次鍛造後に於けるワークの断面図であり、（ｂ）図は同ディスク面の平面図である。 （ａ）図は、凸状部を設けた鍛造用ビレットを示し、（ｂ）図は凹状部を設けた鍛造用ビレットを示す。（実施例４）

符号の説明

１ａ，１ｂ，１ｃ ワーク
２ａ ディスク
３ａ，３ｂ，３ｃ リブ
４ａ，４ｂ，４ｃ ウエブ
５ ハブ
６ａ，６ｂ，６ｃ リム予備部材
１０ ワーク
１２ ディスク
１３ リブ
１４ ウエブ
１５ ハブ
３１ 取着座
４０ 鍛造用ビレット

Claims (10)

1. 軽合金製の鍛造用ビレットを原材料としてプレス機に設置した少なくとも一対の金型で押圧し、熱間鍛造により車両用ホイールのディスク部を一体成形する工程に於いて、前記ホイールのハブ部とデザイン模様を構成するスポーク部を含むディスク部又はこれらにリム予備部材部を加えて鍛造成形し、前記スポーク部を構成する原材料の少なくとも８０％が鍛錬比４以上で鍛造された車両用軽合金製鍛造ホイール。
2. 前記リム予備部材部を構成する原材料の少なくとも８０％が鍛錬比３．５以上で鍛造された請求項１に記載の車両用軽合金製鍛造ホイール。
3. 前記ハブ部と前記デザイン模様を構成するスポーク部を含むディスク部を一体に鍛造成形し、別途作成されたリム部を螺着、摩擦圧接、リベット締め、ハックボルトなどの固定手段で一体に構成した請求項１に記載の車両用軽合金製鍛造ホイール。
4. 軽合金製の鍛造用ビレットを原材料としてプレス機に設置した少なくとも一対の金型で押圧し、熱間鍛造により車両用ホイールのディスク部を一体成形する工程に於いて、ホイールディスクに施されるデザイン模様をリブとして成形するとき、デザイン模様のリブ頂部の厚みＢ部分とリブ間を繋ぐウエブに列なる曲面Ｓを広く設定し、少なくとも前記リブ頂部の全体を形成するように成し、鍛錬比を少なくとも３．５以上に設定して鍛造成形した請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用軽合金製鍛造ホイールの製造方法。
5. 前記、軽合金製の鍛造用ビレットを原材料としてプレス機に設置した少なくとも一対の金型で押圧し、熱間鍛造により車両用ホイールのディスク部を一体成形する工程に於いて、前記車両用ホイールのディスク部とこれに加えてリム部を形成するリム予備部材部の各部に前記原材料を所要容量に分配することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両用軽合金製鍛造ホイールの製造方法。
6. 前記リブの頂部の厚みＢをほぼ変化させずに前記曲面Ｓ及びウエブを押圧して前記リブを高くする様に鍛造することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両用軽合金製鍛造ホイールの製造方法。
7. 前記鍛造用ビレットの前記金型に当接する少なくとも片方側の面形状が凸状若しくは凹状に成形されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の車両用軽合金製鍛造ホイールの製造方法。
8. 前記鍛造用ビレットが所定の鍛錬比で予め鍛造されたビレットであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の車両用軽合金製鍛造ホイールの製造方法。
9. 前記リブを所定の高さに鍛造した後、残存するウエブを切削により削除し、リブをスポークとして完成させる請求項１〜８のいずれか１項に記載の車両用軽合金製鍛造ホイール。
10. 前記ディスク部及び前記リム部又はいずれか一方が鍛造成形された呼び径１８インチ以上に設定された請求項１〜９のいずれか１項に記載の車両用軽合金製鍛造ホイール。